КП TT 2012

2

Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Конструювання спеціального обладнання електротехнічної промисловості” для студентів спеціальності 7.050702 “Електричні машини та апарати” усіх форм навчання /Укл.: Д.О. Літвінов, О.О. Шлянін. - Запоріжжя: ЗНТУ, 2012. - 86 с.

Затверджено на засіданні кафедри

“Електричні машини” Протокол № 5 від 24.01.2012

3

ЗМІСТ

1 Мета та задачі курсового проекту ………………………… ………. 4 2 Завдання, обсяг та зміст курсового проекту ……………………… 5 3 Методичні вказівки по розділам курсового проекту ……………… 7

3.1Основи теорії трансформаторів струму ………….……………… 7

3.2Автоматизоване проектування ТС ………………………………. 8

3.3Розрахунок магнітної системи ТС по заданим

технічним вимогам ……………………………………………………… 8

3.4Визначення густини струму в обмотках ………………………… 9

3.5Розрахунок головної ізоляції ……………………………………… 15

3.6Попередній розрахунок розмірів магнітної

системи трансформатора ……….…………………………………… 21

3.7Математичне забезпечення автоматизованого проектування . . . 25

3.8Розрахунок електродинамічної стійкості трансформатора …… 26

3.9Розрахунок погрішностей трансформатора ……………………… 27

3.10Погрішності трансформатора…………………………………. . 36

3.11Тепловий розрахунок трансформатора струму ………………. 45

3.12Механічний розрахунок ……….………………………………… 52 Контрольні питання для самоперевірки і контролю підготовленості студента до захисту проекту ……………………… 53

Перелік посилань ………………………………….…………………… 55

Додаток А Бланк завдання на курсовий проект ……………………. 56 Додаток Б Вихідні дані для проектування трансформаторів струму ……………………………………………… 57

Додаток В Загальні технічні умови на ТС ………………………… 60 Додаток Г Електромагнітні характеристики витих кільцевих магнітопроводів …………………………………………… 62

Додаток Е Розміри обмотувальних проводів ………………………… 70 Додаток Ж Габаритні розміри трансформаторів струму . . . . . . . . . . . 74 Додаток К Загальні види ТС. Основні вузли ТС …………………… 78 Додаток Л Основні терміни і визначення ТС ……………………… 85

4

1 МЕТА ТА ЗАДАЧІ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Метою курсового проекту є поглиблене вивчення матеріалу з тематики “Трансформатори струму”, засвоєння основних питань, особливостей та інженерної методики проектування сучасних трансформаторів струму на базі використання новітніх досягнень у галузі розрахунку та виробництва трансформаторів струму; підготовка студентів до самостійного вирішення інженерних задач при проектуванні та розробці трансформатора струму. Проектування трансформаторів струму припускає не тільки виконання заданих технічних вимог щодо метрологічних характеристик, але й визначення такого технічного рішення і таких параметрів, які б забезпечували найкращі (оптимальні) значення показників якості. Ефективне рішення такої задачі можливо тільки на основі автоматизації процесу проектування, що забезпечує можливість комплексного застосування ЕОМ, зроблених математичних моделей і методів пошуку рішень

Задачі курсового проекту – розрахунок та проектування трансформаторів струму згідно технічного завдання

5

2 ЗАВДАННЯ, ОБСЯГ ТА ЗМІСТ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Технічне завдання

Курсовий проект по розробці трансформаторів струму студенти виконують відповідно з завданням, яке видається керівником проекту на спеціальному бланку. Завдання включає в себе слідуючи параметри: номінальну напругу, номінальний первинний та вторинний струм, номінальну потужність, клас точності, кратність первинного струму; матеріал обмотувального проводу – мідь або алюміній.

У додатку А наведені технічні дані різних варіантів проектованих вимірювальних трансформаторів струму. Завдання підібрані таким чином, що курсовий проект разом з дипломним проектом складає єдину систему послідовно ускладнюючих взаємопов’язаних проектів.

Обсяг курсового проекту

Курсовий проект по розробці вимірювальних трансформаторів струму складається з розрахункової та графічної частин.

Розрахункова частина являє собою пояснювальну записку, оформлення якої виконується на аркушах формату А4. Оформлення рисунків, графіків та креслень може виконуватись за допомогою графічних пакетів AutoCAD, SolidWorks або Компас.

Графічна частина курсового проекту складається з двох листів креслень формату А1: на першому листі подається загальний вигляд трансформатору струму з уздовжним та поперечним розрізами, на другому – окремі деталі та вузли трансформатору струму (згідно вказівок керівника проекту).

Зміст курсового проекту

Пояснювальна записка повинна включати всі розділи, вказані у таблиці 2.1.

6

Таблиця 2.1- Орієнтований обсяг розділів, термін виконання та захисту курсового проекту.

На виконання креслень та оформлення пояснювальної записки відводиться 16 годин, що складає 30% від загального обсягу часу.

7

3 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ПО РОЗДІЛАМ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

Вступ

У вступній частині курсового проекту необхідно стисло охарактеризувати завдання розвитку електротехнічної промисловості, відобразити шляхи розвитку трансформаторів струму, указати на перспективи розробки конструкції ТС.

Необхідно відзначити нові рішення технічних питань в області розробки ТС, які б забезпечили їх високий рівень, надійність та довговічність роботи.

3.1 Основи теорії трансформаторів струму

Трансформатор струму (ТС) відноситься до вимірювальних електричних апаратів, до яких пред'являються вимоги перетворення контрольованого струму до стандартної величини, що підлягає виміру, та ізолювання вимірювальних приладів від ланцюга високої напруги. ТС

– це трансформатор, у якому при нормальних умовах застосування вторинний струм пропорційний первинному і при правильному включенні, здвигнутий щодо нього на кут, близький до нуля /I-3/.

З позиції особливостей електромагнітних процесів трансформатори струму можна розділяти на два типи: симетричний ТС із повною симетрією магнітного й електричного ланцюгів та несиметричний ТС, у якого симетрія порушена через неповне заповнення магнітопроводу витками вторинної обмотки, або через асиметричне розташування первинної обмотки щодо магнітної системи.

До першого типу ТС можна віднести однодіапазонні убудовані ТС /1-3/ при рівномірному розподілі вторинної обмотки на магнітопроводі; убудовані ТС у випадку, коли робоча секція вторинної обмотки рівномірно розподілена на магнітопроводі, а також шинні ТС із крученим тороподібним магнітопроводом. До другого типу - шинні ТС із прямокутним, шихтованим магнітопроводом і зосередженою (котушковою) вторинною обмоткою, ТС із магнітопроводом типу "З", багатодіапазонні убудовані ТС при роботі на малих коефіцієнтах трансформації, коли робоча секція вторинної обмотки займає на магнітопроводі сектор 2<2 або займає дробове число шарів, ТС із U- образною або петльовою первинною обмоткою.

8

3.2 Автоматизоване проектування ТС

Процес навчального проектування ТС організується у перерив- часто-діалоговому режимі, тобто етапи проектування на ЕОМ чергуються з аналізом, ручним розрахунком і коректуванням результатів. При цьому використовуються дворівнева математична модель і принцип декомпозиції задачі проектування ТС. Перший рівень математичної моделі ТС служить для визначення початкових значень геометричних розмірів магнітопроводу. На другому етапі проектування за допомогою детальної алгоритмічної математичної моделі здійснюється пошук оптимального варіанта ТС і ріст його метрологічних показників.

3.3 Розрахунок магнітної системи ТС по заданим технічним вимогам

Перший етап розрахунку ТС є попереднім та призначений для визначення початкових значень основних перемінних математичної моделі (геометричних розмірів магнітної системи – зовнішнього (Dн), внутрішнього (Dвн) діаметрів і висоти (h) магнітопроводу) з урахуванням технічних вимог, пропонованих до проектованого трансформатора (номінальних значень первинного (I1н) і вторинного (I2н) струмів, кратності струму термічної стійкості (n1т) класу напруги, класу точності, типу ізоляції т.д.). Види і послідовність розрахунків, виконуваних на першому етапі наведені у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 - Зміст першого етапу проектування ТС

№Початкові дані I1н, I2н, n1т, тип ізоляції, клас напруги ТС, клас точності

Визначення густини струму обмоток ТС – J1, J2

1.11.1.1 Розрахунок термічної стійкості

1.1.2Розрахунок J1

1.1.3Розрахунок J2

1.2Розрахунок числа витків обмоток

1.3Розрахунок ізоляції

1.4Попередній розрахунок геометрії магнітної системи ТС

9

3.4 Визначення густини струму в обмотках

Обмотки ТС повинні задовольняти ряду технічних вимог: термічної і механічної стійкості, забезпечувати необхідний рівень електричної міцності ізоляції, технологічності т.п.

При виборі густини струму в обмотках найбільш істотний вплив можуть зробити вимоги до термічної стійкості обмоток. Термічна стійкість ТС визначається часом протікання струму короткого замикання яка може задаватися в технічному завданні на проектування, або приймається відповідно до /1-2/:

tкз = 4 c для ТС на номінальну напругу до 35 кВ; tкз = 3 c для ТС на номінальну напругу до 220 кВ;

tкз = 1 c для ТС на номінальну напругу 330 кВ і вище.

Струм термічної стійкості - найбільше діюче значення струму короткого замикання за час tкз, який ТС витримує протягом цього проміжку без нагрівання струмоведучих частин до температур, що перевищують припустимі при струмах короткого замикання і без ушкоджень, що перешкоджають його подальшій справній роботі /I/. Для наближеної оцінки теплового стану обмоток використовується залежність (рис.3.1) припустимої температури обмоток ( t) від теплового ефекту розрахункового перемінного струму, що діє в перебіг часу tкз – (J2 t)кз Припустима температура обмоток ТС приймається по табл.3.2.

Таблиця 3.2 - Припустимі температури струмопровідних частин ТС

10

Температура ТС, що відповідає тривалому протіканню номінального струму, звичайно приймається 0=90°. З урахуванням прийнятих значень температур t і 0 необхідно визначити по рисунку 3.1 тепловий ефект струму (J2 t)t і (J2 t)0. Вважаючи, що усе виділене в розглянутому режимі тепло йде на нагрівання трансформатора, тепловий ефект у режимі короткого замикання:

(J2 t)кз = (J2 t)t – (J2 t)0 , (3.1)

звідси густина струму термічної стійкості ТС (А/мм2):

Кратність струму термічної стійкості апарата (n1т), що представляла собою відношення струму термічної стійкості до діючого значенню номінального первинного струму /1/, задається у вихідних даних на проектування. З урахуванням значення n1Т густина номінального струму первинної обмотки (виходячи з тривалого нагрівання номінальним струмом):

де Кзап = 1,1...1,5 - коефіцієнт запасу по термічній стійкості. Перетин первинної обмотки виходячи з густини струму терміч-

Як розрахункове значення q1р приймається найбільше зі значень q1Т та q1н. Остаточне значення перетину первинної, обмотки (qпр1) приймається по сортаменту на використаний провід (додаток Е) за умови, що qпр1 q1р. Умова ця гарантує забезпечення необхідної кратності термічної стійкості ТС. Марка проводу первинної обмотки визначається конструкцією проектованого ТС. У ТС із литою ізоляцією на напругу до 10 кВ багатовиткова первинна обмотка виконується з голої шинної міді (додаток Е.1) з намотуванням її на ребро та ізоляцією між витками з електрокартону.